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人的面部特征是非常复杂和敏感的“传感器”。然而，人的五感器官大多只能对外界信息进行“定性”感知，而不能进行定量感知。而且，还有很多物理量是人的五感器官感受不到的。例如，视觉部分可以感知可见光部分，但频域更宽的非可见光谱无法感知，如红外、紫外光谱，人类却“视而不见”。这种不可见光在红外线和紫外线传感器的帮助下被感应到。

紫外线传感器，又称紫外光敏管（简称紫外管），是一种利用光电子发射效应的光电管。其特点是只对300nm以下的紫外线有反应，具有高灵敏度、高输出、高响应速度等特点，抗干扰能力强、稳定可靠、寿命长、功耗低。使用价值更广。

随着电子计算机的广泛应用，为计算机服务的各种传感技术越来越受到重视。紫外线传感器可以检测到人类感官不可见的紫外线，并且可以避免太阳光、灯光和其他普通光源的干扰。对于特殊场所的火坑检测、熄火保护、光电控制等非常有用。

目前，国内外有用的紫外线管按阴极形状可分为球形、线形和扁形结构，均为二极管的电极结构。外壳的形状和材料类型是根据使用要求设计的。看，按电极形状分类来分析比较合适。

这类管子的电极一般由两根或两根以上对称的金属丝组成。这是紫外线灯管的早期结构形式。多采用高纯钨丝或铂丝，靠得较近的平行线为工作区。

由于紫外管完全依靠电极表面的光电子发射效应，进而利用气体倍增获得更强的信号，因此其光谱响应范围取决于阴极材料的功函数。

在光电子发射过程中，光子的波长越短，能量越高，即使是少量也能激发电子克服功函数飞出阴极表面。能量低的光子即使数量多也无法激发阴极表面的电子。在紫外灯管中，阴极材料的表面纯度要求很高，否则会影响光谱范围而失去使用价值。采用对称的丝状结构，方便工艺加工，尽量避免其他物质对电极的污染。

这种管的特点是可以在交流状态下工作，工作电流大，电路使用简单，通过适当的工艺处理可以去除电极表面的杂质，但灵敏度视角波动大，工作区域容易出现发光不均匀。 .

为了充分避免尖端效应，使光电子发射更加稳定和均匀，需要将工作区固定在阴极上，因为紫外管是将光信号转化为电信号，通过光电子发射和气体放大。乘法。在近区，光发射的利用率最高，因此设计了点状结构球形阴极的紫外灯管，其结构如图所示。

无论光子从哪个角度辐射到半球形阴极上，放电区域始终位于靠近阳极的半球形顶点。由于阴极有效面积小，管子的工作电流一般小于0.3mA，但其视角较宽，视角灵敏度比较均匀，特别适用于火灾预报场所，以及还可以通过对焦提高灵敏度。

管内阳极做成半球形反射器，如美国耐540℃高温的紫外光敏管。将接收到的紫外辐射反射到中心阴极以提高管的灵敏度，因为远紫外辐射与可见光具有相同的线性传播和反射作用，如图2b聚焦型。

3、平面阴极结构

紫外管的灵敏度取决于阴极接收到多少远紫外辐射的光子。阴极面积越大，接收的概率就越高，从而使更多的电子从阴极逸出，并在外部高压电场的作用下被加速。并与管内的气体分子发生碰撞使气体分子电离，电离后产生的电子与气体分子发生碰撞，这样的圆周运动最终将管内的气体排出。这种雪崩放电的机会取决于阴极上的光电子发射效应。为提高灵敏度，近年研制开发了平面阴极结构的紫外管。

紫外管是一种冷阴极放电二极管，与光电管一样，利用阴极的光电子发射效应。管内封有特殊气体作为放电管的工作介质。当在只对紫外线敏感的光阴极和阳极之间施加电压时，紫外线通过玻璃灯泡照射阴极，阴极就会放出光电子。

由于电场的作用，光电子被吸引到阳极，但输出电流很微弱。如果提高外加电压，电场变得很强，光电子充分加速并与管内的气体分子碰撞，使气体分子电离，气体电离产生的电子与气体分子碰撞，最终导致放电现象和获得大信号电流。在直流电压下工作时，如果没有形成特殊的阻尼电路，放电将继续进行。以上就是UV灯管的主要工作原理。下面介绍灵敏度、视角、光谱响应范围、噪声和可靠性等主要参数。

紫外线管的灵敏度可以用输出脉冲和输出电压两种形式表示，不同的线路和测量标准可以获得不同的数据。一般需要确定四项：标准紫外线辐射源、距离、线路、测量仪器。

在各种结构的紫外光管中，平板阴极的灵敏度最高，特别适合远距离检测。球形阴极结构的噪音非常低，因此在远处仍能有效分辨紫外线。

为了提高灵敏度，表面处理过的涂有氧化镁的铝型金属也可以用作聚焦镜，将散射的光子聚焦在阴极上，增加发光的几率。也可以用探头前端的紫色材料制成的凸透镜聚焦。

通过电路提高灵敏度会导致噪声信号同时升高，因此在生产过程中需要保证高灵敏度的同时尽可能降低背景噪声。用输出电压来区分管子的灵敏度，常适用于熄火保护的应用。一般在距离一根蜡烛20厘米处有10~30伏特的输出。输出电压的稳定性能使显示器工作更可靠。紫外光敏管在使用过程中灵敏度的衰减很小，在10000小时的使用寿命内很少会出现灵敏度大幅度下降的情况，所以不会出现火警不报火的现象。

视角灵敏度对于更大空间的火灾报警非常重要，因为电极形状的不同表明不同角度的灵敏度是不同的。

在丝状阴极的直流工作状态下，（图4a）垂直阴极的灵敏度在30°至60°时最高，表明该区域的电子最有可能从阴极表面逃逸场强的作用。

由于电极间pd值较小的干放电所需的气体填充压力和阴极间的最小距离，阴极和阳极之间最近点的发光反而减少。沿平行于电极的方向，角度灵敏度曲线对称变化。

0°正对管时最高，但只有最高灵敏度的60%。如果灯管工作在交流状态下，另一个电极上会出现同样的敏感区，呈现出对称的双叶图案。丝状阴极的视角灵敏度均匀性比具有较大空间的紫外检测具有更强的角度差异。

球形阳极在正面160°范围内具有相对均匀的灵敏度。当紫外线源垂直移动到阳极时，由于阳极对辐射的屏蔽，出现波谷。

当沿水平阳极方向旋转时，由于没有阳极屏蔽，峰面积出现在 60°。正160°锥面灵敏度超过60%。因此，球形阴极更适用于大面积火灾探测。

平面阴极的视角灵敏度均匀对称，基本没有波谷（图4c）。这是因为阴极面积大，精密的网状阳极在阴极上形成均匀的遮光状态，在160°的视角范围内形成了相当均匀的灵敏度曲线，非常适合大视角的火灾监测.

UV灯管可以呈现出对阳光无反应的“日光盲”状态，这对于它在特殊场所的应用是非常必要的。

通常正极材料的功函数决定了光谱的长波截止端，壳或窗材料决定了短波截止端。例如熔融石英为165nm，紫玻璃为185nm，但相同的电极材料和处理工艺不能保证光谱波长的截止端完全一致，这是纯度不一致造成的最终的阴极表面。

在球形阴极中，由于材料纯度高，避免尖端效应，其截止波长一般在245nm以内。阴极面积越小，越容易控制截止波长，但面积太小会降低灵敏度。

平板阴极的光谱范围也可以控制在245nm，但由于阴极面积大、灵敏度高，长波长端的噪声水平也相应增加。

将地面太阳光和单色光与广光管进行对比，证明即使在夏季强烈的阳光下也没有发现280nm以下的辐射。

紫外线管可以将光信号转换成电信号，它也有背景和环境噪声。由于宇宙射线或管内激发的亚稳态电子跃迁，在频繁的脉冲中往往会产生错误计数，因此即使在完全黑暗的情况下也会有少量的噪声信号，但时间间隔较长。劣质电子管的噪声信号会升高，有时会离信号不远，造成整机误报。有些严重的在可见光下会自激而不能使用，所以紫外线灯管必须经过长时间（数百小时）的老化处理才能保证使用安全可靠。

球形阴极的背景噪声由于阴极有效面积小，光谱范围窄，所以管子的背景噪声很低，通常几个小时才一次。平板阴极的噪音比较大，大约每分钟1～4次，但由于灵敏度高，所以信噪比还是很高的，微弱的紫外线和噪音都能清晰分辨。

管内充满氢气以在放电过程中净化电极。熄火保护使用过程中，长期放电不会增加太多噪音，可可靠运行10000小时。灯管使用不当会增加噪音，缩短使用寿命，所以对紫外线传感器电路的使用有严格的要求。一般以阴极工作区辉光充分、平均工作电流小的峰值脉冲为最佳状态。管路中的管子必须有足够的熄灭时间（一般为5~10ms），使管内的气体有足够的去离子时间。这一般是由线路中采用R-C阻尼电路决定的。大电流和小辉光面会造成阴极区局部污染，增加噪音，降低使用寿命。

紫外线灯管为真空密封，气压、温度、湿度等气候因素对其使用影响不大。在150~200℃下应用，会使玻壳和管铅上的有害物质因热运动而蒸发到电极上，使光谱范围扩大，但放电会净化电极，使其可以仍能满足消防汇监控的要求。 ，总寿命将减少。强烈的振动或冲击也会影响个别UV灯管的参数，这是由于阴极中的有害物质在此过程中返回阴极，导致光谱范围扩大。 UV管内的加工要求极其严格，要尽量减少污染。

紫外线灯管可以长期存放，存放8年以上的灯管参​​数只有很小的变化，仍然不影响使用。从结构上看，球形阴极放电面积小，放电稳定，参数更容易控制。

紫外光是电磁波谱中波长从10nm到400nm的辐射的总称。紫外线根据波长的不同，一般分为A、B、C三个波段，分别为：UVA为400-315nm，UVB为315-280nm，UVC为280-100nm。对应不同的波长，具体应用也不同。在UVLED市场应用中，UV-A占据最大的市场份额，高达90%。其主要应用市场为固化，涉及美甲、牙齿、油墨印刷等领域。此外，UV-A也被引入商业照明，可以让白色的衣服看起来更白。至于UV-B和UV-C，主要用于杀菌、消毒、医疗光疗等，其中UV-B主要用于医疗，UV-C用于杀菌、消毒。此外，UVLED从钞票识别应用到光树脂硬化、昆虫诱捕、印刷，并发展到生物医药、防伪识别、空气净化、数据存储、军用航空等领域，以特种照明为主。

UVA波段的典型应用是UV固化和UV喷墨打印，代表性波长为395nm和365nm。 UV LED光固化应用包括显示、电子医疗、仪器仪表等行业的UV胶固化；建材、家具、家电、汽车印刷包装等行业的UV涂料固化；印刷、包装等行业的UV油墨固化……其中，UV LED装饰板行业成为热点。体积大，耐硬币划痕，具有综合效益和经济优势。这意味着UVLED固化市场是一个全方位、全周期的应用产品市场。

微电子行业-UV光固化应用：

手机元器件组装（相机镜头、听筒、麦克风、外壳、液晶模组、触摸屏镀膜等）、硬盘磁头组装（金线固定、轴承、线圈、贴片等）、DVD/数码相机（镜头、镜头粘接等）连接、电路板加固）、电机及元器件组装（导线、线圈固定、线圈端部固定、PTC/NTC元器件粘接、变压器铁心保护）、半导体芯片（防潮保护涂层,wafer mask,wafer Contamination inspection,UV tape exposure,wafer polishing inspection),sensor production(气体传感器,光电传感器,光纤传感器,光电编码器等)。

LEDUV光固化在PCB行业的应用：

元器件（电容、电感、各种插件、螺丝、芯片等）的固定、防潮灌封及核心电路、芯片保护、抗氧化涂层保护、电路板保形（角）涂层、地线、飞线引线，线圈固定，通过掩模波峰焊。

光树脂硬化应用：

UV固化树脂主要由低聚物、交联剂、稀释剂、光敏剂和其他特定的助剂组成。它是利用紫外光照射高分子树脂，使其发生交联反应，瞬间固化。在UVLED紫外光固化机的照射下，紫外光固化树脂的固化时间不需要10秒那么长，基本上1.2秒就可以固化，比传统的UV汞光固化机快很多.同时，散热也比紫外汞灯理想。通过紫外光固化树脂组分的不同配方，可以制备出满足不同要求和用途的产品。目前，UV光固化树脂主要用于木地板涂料、塑胶涂料（如PVC装饰板）、感光油墨（如塑料袋印刷）、电子产品涂料（标识和电路板印刷）、印刷上光（如纸张、扑克牌涂层）、金属零件（如摩托车零件）涂层、光纤涂层、光刻胶和精密零件涂层等。

皮肤治疗：

UVB波段的一个重要应用是皮肤病的治疗，即紫外线光疗的应用。科学家发现，波长约310nm的紫外线对皮肤有强烈的黑斑作用，能加速皮肤新陈代谢，促进皮肤生长，从而有效治疗白斑、玫瑰糠疹、多形性日光疹、慢性光化性皮炎、光化性皮炎。痒疹等光敏性皮肤病，所以在医疗行业，紫外线光疗的应用越来越多。

与传统光源相比，UV-LED的光谱线纯净，可以最大程度地保证治疗效果。 UVB波段也可用于医疗保健领域。 UVB波段的照射可引起人体内的光化学和光电反应，使皮肤产生多种活性物质。它目前用于调节高级神经功能、改善睡眠和降低血压。

此外，研究显示，UVB波段可加速某些叶菜类蔬菜（如红生菜）中多酚的产生，据称具有抗癌、抗增殖和抗突变的特性。

医疗器械：

UV 粘合剂粘合使医疗设备的经济型自动化组装变得更加容易。现在，可以在几秒钟内固化无溶剂 UV 胶水的先进 LEDUV 光源系统和点胶系统是在医疗设备组装过程中形成一致且可重复粘合的有效且经济的方法。

紫外光源的优化和控制对于制造可靠的医疗器械非常重要。使用 UV 固化胶水具有许多优势，例如更低的能源需求、节省固化时间和位置、提高生产率以及更容易实现自动化。

UV胶通常用于粘合和密封要求非常高的质量和最佳可靠性的医疗器械。 UV胶固化通常用于医疗器械组装，如需要粘合1）不同的材料（或不同的机械性能）2）材料不够厚不能使用焊接方法3）预制组件。

由于UVC波段的紫外线波长短、能量高，它们可以破坏微生物（细菌、病毒、孢子和其他病原体）细胞内的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子结构。短时间内，细胞无法再生。 ，细菌和病毒失去了自我复制的能力，因此UVC波段产品可广泛应用于水、空气等的杀菌消毒。

由于UV-LED具有体积小的优点，可作为成套UV（紫外线）杀菌设备的光源，适用于各种形状和结构及材料批量生产的预包装工艺;可作为室内空气杀菌机 杀菌机的UV（紫外线）光源：适用于家庭及公共场所的室内空气杀菌消毒；应用于消毒柜、微波炉等各种家用电器。

目前市场上的深紫外线应用产品有LED深紫外线便携式消毒器、LED深紫外线牙刷消毒器、深紫外线LED隐形眼镜清洗消毒器、空气杀菌、净水杀菌、食品及物体表面杀菌等。随着人们安全健康意识的提高，对这些产品的需求量将大幅增加，从而形成更大规模的市场。

紫外火焰探测器是紫外火焰探测器的俗称。紫外线火焰探测器通过探测物质燃烧产生的紫外线来探测火灾。市场上除了紫外线火焰探测器外，还有红外线火焰探测器，统称为线光束感烟探测器。紫外线火焰探测器适用于发生火灾时容易产生明火的场所。紫外线火焰探测器可用于火焰辐射强或发生火灾时无阴燃阶段的场所。火焰检测紫外传感器要求传感器本身耐高温、灵敏。高的。

高压设备会因绝缘缺陷而产生电弧放电。放电会伴随大量的光辐射，其中含有丰富的紫外线。通过检测电弧放电产生的紫外线辐射，可以判断高压电力设备是否安全运行。紫外成像是一种有效的电弧放电检测方法，其图像直观，具有良好的检测定位能力，但紫外光信号相对较弱，检测时仍存在一定难度。

紫外线识别技术主要是利用荧光或紫外线传感器来检测纸币上荧光压印的防伪标识和纸币的哑光反应。此类识别技术可以识别大部分假钞（如水洗、漂白、粘贴等钞票）。该技术最早、最成熟、应用最广泛。不仅用于ATM机的存款识别，还用于点钞机、验钞机等金融设备。一般情况下，采用荧光和紫光对纸币进行全方位反射和透射检测。根据纸币等纸张对紫外线吸收和反射的不同，可以鉴别真伪。还可以对带有荧光标记的纸币进行定量识别。

随着新型机电一体化技术的发展，紫外传感器的性能将进一步提高，检测结果将更加准确，检测距离将更远，动态检测性能将更好。因此，紫外线传感器的应用前景将更加广阔。

本文来自微信公众号：传感器科技（ID：WW_CGQJS），作者：法拉第